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EP0849445B1 - Abgassammler und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Publication number
EP0849445B1
EP0849445B1 EP19960120586 EP96120586A EP0849445B1 EP 0849445 B1 EP0849445 B1 EP 0849445B1 EP 19960120586 EP19960120586 EP 19960120586 EP 96120586 A EP96120586 A EP 96120586A EP 0849445 B1 EP0849445 B1 EP 0849445B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flange
exhaust manifold
exhaust
mounting flange
side mounting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP19960120586
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0849445A1 (de
Inventor
Günther Hans Lühr
Otto Steinhauser
Ernst Dr. Krieger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arvin Industries Deutschland GmbH
Original Assignee
Zeuna Starker GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zeuna Starker GmbH and Co KG filed Critical Zeuna Starker GmbH and Co KG
Priority to EP19960120586 priority Critical patent/EP0849445B1/de
Priority to DE59608215T priority patent/DE59608215D1/de
Publication of EP0849445A1 publication Critical patent/EP0849445A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0849445B1 publication Critical patent/EP0849445B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/18—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly
    • F01N13/1872—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly the assembly using stamp-formed parts or otherwise deformed sheet-metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N13/102—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds having thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F01N13/105—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds having the form of a chamber directly connected to the cylinder head, e.g. without having tubes connected between cylinder head and chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2530/00—Selection of materials for tubes, chambers or housings
    • F01N2530/26—Multi-layered walls

Definitions

  • the present invention relates to a trough-shaped Exhaust collector for an internal combustion engine with a Exhaust manifold, an engine-side mounting flange, which encloses several cylinder outlets, and an outlet connection comprising an outlet flange. It also relates to a method of manufacture of such an exhaust manifold.
  • the exhaust gas of several cylinders is generally known an exhaust manifold summarizing an internal combustion engine with several inlet pipes, one pipe junction and an outlet pipe, the inlet pipes each flanged to an outlet of an internal combustion engine are.
  • Such exhaust manifolds are either heavy Castings designed for operation at high temperatures, as they usually occur with hot exhaust gases, are suitable.
  • an elaborate cutting Rework required to fit the mating surfaces to manufacture individual inlet pipe flanges.
  • Between The cylinder head and exhaust manifold flange is an additional one Gasket required to blow off the exhaust gases prevent.
  • the manufacture of such castings is complex and especially with small quantities expensive. Assembly is also time and cost intensive.
  • the European patent application EP 0718480 A1 discloses a generic trough-shaped exhaust gas collector, its motor-side mounting flange encloses several cylinder outlets and theirs Exhaust gases collected in a common pan to which one common outlet connector connected to an outlet flange is. With such a device the heat losses at low operating loads considerably decreased, causing a rapid increase in Temperature of a downstream catalyst and thus an improved efficiency of the same causes.
  • the first design is around a casting, which have similar weight and Has processing disadvantages, as in the beginning described prior art is the case.
  • US 4537027 A discloses an exhaust manifold, comprising an outer tub-like shell, an inner flat sheet metal part and a flange part, the three Individual parts are welded together.
  • the inner flat sheet metal part and the flange part have openings through which the exhaust gas leaving the cylinder head in the from the outer tub-like shell and the inner flat sheet metal part bounded space enters.
  • With the outer shell is an outlet connector with a Outlet flange firmly connected.
  • the object of the present invention is a trough-shaped exhaust manifold of the type mentioned to create the inexpensive to manufacture and at the same time easy to use during assembly is.
  • the Exhaust collector wall thicknesses compared to one Cast part can be reduced, resulting in a weight saving leads and - due to the lower heat capacity - for a faster start of a downstream Catalyst contributes.
  • the Fixing flange by reshaping the edge of the Exhaust gas collecting tray manufactured in one piece with this is formed, it is achieved that no welding delay occurs as in the prior art of Case is, which means costly machining post-processing is avoided.
  • the low weight of the exhaust manifold and the low Easy assembly ensures the number of components. By forming a sealing edge in the motor-side mounting flange is also achieved that an additional seal is dispensed with can be, which also for easier assembly contributes.
  • the sealing edge can for example be such be designed so that they over the flange level of mounting and sealing flange on the motor side (in hereinafter simply referred to as the mounting flange) protrudes and seals when assembled the flange of the cylinder head. Thereby prevents the sealing edge from blowing off hot exhaust gases. Furthermore, a sealing edge designed in this way acts like a bead and increases the stiffness of the motor side Mounting flange.
  • Another advantageous development of the present Invention provides that a loose flange plate the motor-side mounting flange on the Cylinder head is facing away from the side. Thereby becomes a more even distribution of the contact pressure on the entire mounting flange and thus on the Seal guaranteed.
  • the loose flange plate provides even if the exhaust manifold and motor-side mounting flange from a relative thin sheet is made, a deformation-free, tight contact of the motor-side mounting flange on the cylinder head safely.
  • the loose flange plate can be all-round, undivided his. However, for easier assembly, it can be in advantageously also be divided.
  • the Material thickness of such loose flange plates is 5 mm to 10 mm, preferably 8 mm, being simple Structural steels can be used. By using it a loose flange plate is in the installed state Controlled parts sliding under the influence of temperature possible, which avoids tension in the material.
  • the Exhaust gas collecting pan with a wall thickness of 1.8 mm to 2.5 mm, preferably 2 mm. This will make it easy Construction with sufficient strength created.
  • the exhaust gas collecting pan can be made from a conventional one single-layer sheet.
  • a preferred one Further development of the invention is noteworthy characterized in that the exhaust manifold - and accordingly the molded-on mounting flange on the motor side - consists of a multi-layer sheet. This can in particular be constructed as a sandwich sheet, which two layers of sheet metal and in between a layer of fiber fleece or the like.
  • the exhaust manifold a substantially constant cross section over the Has longitudinal extension. This causes the wall thickness of the sheet metal part after deep drawing total longitudinal extent of the exhaust gas collecting pan in is essentially the same.
  • outlet port in Direction of the longitudinal extent of the exhaust gas collecting pan one end of the same is arranged. This will Exhaust gas flows within the tub a defined one Given the direction of flow.
  • Another advantageous embodiment provides that in an internal combustion engine with exhaust gas recirculation (EGR) the exhaust gas recirculation duct from the exhaust manifold is enclosed.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • a method of making the above Exhaust collector consists of the (mechanical or hydromechanical) deep drawing of an originally flat Sheet metal, which creates a tub with molded on it circumferential mounting flange and a pipe socket Is formed, the punching out or Cut the flange contour and open the Pipe approach and welding an outlet pipe flange to the open pipe socket of the exhaust manifold.
  • Deep drawing can also consist of several There are deep-drawing steps. In one of the deep-drawing steps a sealing edge is formed in the mounting flange on the motor side. An advantageous one The method can be further developed during the forming process the formation of a rim area on this flange provide. A suitable welding process is available MAG welding for the stainless steels used.
  • the possibly provided through holes for the Flange fittings can be drilled or punched out his.
  • Another advantageous manufacturing process for Exhaust collector has one or more forming steps to form a trough-shaped structure with integrally connected to the motor side Mounting flange and one-sided pipe attachment on. This is followed by a punching or cutting process, in which the outer contour of the sealing flange as well if necessary, the holes for the flange screw connection and the Pipe attachment are punched out.
  • a circulating or divided loose flange plate is then preferably 5 mm to 10 mm thick made of simple structural steel, with the outer contour and the position of the through holes match those of the sealing flange. After any necessary deburring and The loose flange plate is placed on for cleaning the mounting flange and welding one also deep-drawn outlet flange pipe.
  • Fig. 1 shows an exhaust manifold with an exhaust manifold 1, a circumferential one-piece molded thereon engine-side mounting flange 2 and an outlet flange 3, which has a flange connector 15 with a molded on the exhaust manifold 1 pipe extension 4 is connected by a weld 6.
  • the engine side Mounting flange 2 has in its peripheral area an all-round erected on-board area 5 that increases its strength.
  • the Fastening flange 2 is included as a sealing flange circumferential sealing edge (see. Fig. 4) executed what the use of an additional seal is unnecessary.
  • On the mounting flange 2 is a loose flange plate 9 put on.
  • the longitudinal extent of the exhaust manifold is one Many times larger than its width and depth, which the Design of the exhaust manifold for in-line and V-engines corresponds. In the latter, however, there are two exhaust gas collectors with mirror flanges to use.
  • Fig. 2 shows the exhaust manifold acc. Fig. 1 from the direction of the outlet flange 3, which has a triangular shape Floor plan with three through holes 7 for fastening screws having. Furthermore, the engine side Fastening flange 2 shown, the outer contour each at the positions of the through holes 8 for the flange screw connection has protrusions. On the outer edge of the mounting flange 2 is the on-board area 5 shown, the mounting flange in addition Stiffness gives.
  • Fig. 3 shows a section along the line III-III from Fig. 2 by the exhaust manifold.
  • the Exhaust manifold 1 with the engine-side mounting flange 2, its rim area 5 and the weld seam 6 and the outlet flange 3 on the engine side Mounting flange 2 loose flange plate 9 shown.
  • the sectional view is also a Loose flange plate 9 and the mounting flange 2 aligned through hole 8 for one Flange screw recognizable.
  • the outlet flange 3 with the Flange connection 15 is made in this embodiment made of the same material as the exhaust manifold 1, the wall thickness of the exhaust manifold 1 .mu.m can be a few tenths of a millimeter smaller. Width B and depth T of the exhaust manifold 1 have approximately that same order of magnitude.
  • FIG. 4 shows detail IV from FIG. 3, the sealing edge 10, which is shown by a distance t, which is approximately Is 0.5 mm, over the flange level of the motor side Mounting flange 2 protrudes.
  • This lead fulfills a sealing function, creating an additional Seal between the mounting flange on the motor side 2 and engine block can be dispensed with.
  • Fig. 5 shows a section through the exhaust manifold and the loose flange plate 9 in the assembled state to one Cylinder head 11 with the intake valve 12 and the exhaust valve 13.
  • the mode of operation of the sealing edge 10 clearly that on the flange of the cylinder head rests sealingly. This will blow off the hot exhaust gases from the outlet channel 14 avoided.
  • the Exhaust collector shows compared to the prior art a cross-section with shallow depth, whereby the Pipe attachment with the outlet flange 3 streamlined diagonally and not vertically as in the prior art is attached to the outlet duct 14.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen wannenförmigen Abgassammler für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgassammelwanne, einem motorseitigen Befestigungsflansch, der mehrere Zylinderauslässe umschließt, und einem einen Auslaßflansch umfassenden Auslaßstutzen. Sie betrifft des weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Abgassammlers.
Allgemein bekannt sind das Abgas mehrerer Zylinder einer Brennkraftmaschine zusammenfassende Abgaskrümmer mit mehreren Eingangsrohren, einer Rohrzusammenführung und einem Ausgangsrohr, wobei die Eingangsrohre jeweils an einem Auslaß einer Brennkraftmaschine angeflanscht sind. Derartige Abgaskrümmer sind entweder schwere Gußteile, die für den Betrieb bei hohen Temperaturen, wie sie bei heißen Abgasen üblicherweise auftreten, geeignet sind. Neben der teuren Herstellung des jeweiligen Gußteils ist eine aufwendige spanabhebende Nachbearbeitung erforderlich, um die Paßflächen der einzelnen Eingangsrohrflansche herzustellen. Zwischen Zylinderkopf und Abgaskrümmerflansch ist eine zusätzliche Dichtung erforderlich, um Abblasen der Abgase zu verhindern. Die Herstellung derartiger Gußteile ist aufwendig und insbesondere bei geringen Stückzahlen teuer. Die Montage ist ebenfalls zeit- und kostenintensiv.
Bekannt ist des weiteren die Herstellung von mehrere Eingangsrohre, eine Rohrzusammenführung und ein Ausgangsrohr aufweisenden Abgaskrümmern durch Zusammenschweißen mehrerer Einzelrohre. Ein entsprechendes Herstellungsverfahren ist beispielsweise in der EP 0321869 A1 beschrieben. Des weiteren ist aus der deutschen Patentschrift DE 851421 die Überdeckung mehrerer Abgasöffnungen einer Verbrennungskraftmaschine durch ein gelochtes Rohr bekannt. Dabei wird das Abgassammelrohr in einer am Zylinderkopf angebrachten durchgehenden Vertiefung ohne zusätzliche Dichtungen angeflanscht und an seinem offenen Ende mit einem Abgasrohr verbunden. Des weiteren ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 29513513.1 ein Abgaskrümmer bekannt, der aus einem umgeformten Rohrstück gebildet ist, welches an einem Ende durch Quetschung und Schweißung verschlossen ist. In der Seitenwand des Abgaskrümmers springen Dome hervor, die jeweils einen ringförmig geschlossenen Dichtvorsprung aufweisen.
Die europäische Offenlegungsschrift EP 0718480 A1 offenbart einen gattungsgemäßen wannenförmigen Abgassammler, dessen motorseitiger Befestigungsflansch mehrere Zylinderauslässe umschließt und der deren Abgase in einer gemeinsamen Wanne sammelt, an die ein gemeinsamer Auslaßstutzen mit einem Auslaßflansch angeschlossen ist. Durch eine derartige Vorrichtung werden die Wärmeverluste bei niedrigen Betriebslasten erheblich verringert, was einen schnellen Anstieg der Temperatur eines nachgeschalteten Katalysators und damit einen verbesserten Wirkungsgrad desselben bewirkt. In der genannten Offenlegungsschrift sind zwei mögliche Gestaltungen des wannenförmigen Abgassammlers beschrieben. Bei der ersten Gestaltung handelt es sich um ein Gußteil, welches ähnliche Gewichts- und Bearbeitungsnachteile aufweist, wie dies beim eingangs beschriebenen Stand der Technik der Fall ist. Bei der zweiten Gestaltung ist eine durch Tiefziehen aus Blech hergestellte Abgassammelwanne mit einem motorseitigen dickwandigen Flansch verschweißt. Hierdurch kommt es zwangsläufig zu Schweißverzug, was eine aufwendige Nachbearbeitung und die Verwendung einer zusätzlichen Dichtung erfordert.
Die US 4537027 A offenbart einen Abgassammler, umfassend eine äußere wannenartige Schale, ein inneres ebenes Blechteil und ein Flanschteil, wobei die drei Einzelteile miteinander verschweißt sind. Das innere ebene Blechteil und das Flanschteil weisen Durchbrüche auf, durch die das den Zylinderkopf verlassende Abgas in den von der äußeren wannenartigen Schale und dem inneren ebenen Blechteil umgrenzten Raum eintritt. Mit der äußeren Schale ist ein Auslaßstutzen mit einem Auslaßflansch fest verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen wannenförmigen Abgassammler der eingangs genannten Art zu schaffen, der kostengünstig in der Herstellung und gleichzeitig einfach in der Handhabung bei der Montage ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abgassammler und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 12 und 14 gelöst.
Dabei bestehen die Abgassammelwanne und der motorseitige Befestigungsflansch aus einem integralen Blechteil, wobei der motorseitige Befestigungsflansch einstückig mit der Abgassammelwanne ausgebildet und an deren Rand durch Umformen des Blechs hergestellt ist; zur dichtenden Anlage des motorseitigen Befestigungsflansches des montierten Abgassammlers an dem betreffenden Zylinderkopf ist an den motorseitigen Befestigungsflansch eine Dichtkante angeformt. Bei dem Blech handelt es sich um warmfestes tiefziehfähiges Edelstahlblech, das für die Verwendung bei heißen Abgastemperaturen geeignet ist. Durch die Verwendung eines umgeformten Blechbauteils können vor allem bei niedrigen Stückzahlen erheblich Kosten gegenüber einer Gußkonstruktion eingespart werden. Zudem können die Wandstärken des Abgassammlers, verglichen mit einem Gußteil, reduziert werden, was zu einer Gewichtseinsparung führt und - infolge der geringeren Wärmekapazität - zu einem schnelleren Anspringen eines nachgeschalteten Katalysators beiträgt. Indem der Befestigungsflansch durch Umformen des Randes der aus Blech hergestellten Abgassammelwanne einstückig mit dieser gebildet ist, wird erreicht, daß kein Schweißverzug auftritt, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, wodurch aufwendige zerspanende Nachbearbeitung vermieden wird. Des weiteren wird durch das geringe Gewicht des Abgassammlers und die geringe Anzahl von Bauteilen eine einfache Montage gewährleistet. Durch das Anformen einer Dichtkante in den motorseitigen Befestigungsflansch wird außerdem erreicht, daß auf eine zusätzliche Dichtung verzichtet werden kann, was ebenfalls zur einfacheren Montage beiträgt. Die Dichtkante kann beispielsweise derart ausgebildet sein, daß sie über die Flanschebene des motorseitigen Befestigungs- und Dichtflansches (im folgenden vereinfacht als Befestigungsflansch bezeichnet) hervorsteht und im montierten Zustand dichtend auf dem Flansch des Zylinderkopfes aufliegt. Dadurch verhindert die Dichtkante das Abblasen heißer Abgase. Des weiteren wirkt eine derart gestaltete Dichtkante wie eine Sicke und erhöht die Steifigkeit des motorseitigen Befestigungsflansches.
Durch das Vorsehen eines umlaufenden aufgestellten Bordbereiches an den motorseitigen Befestigungsflansch wird dessen Festigkeit weiter erhöht. Dadurch kann gegebenenfalls auf eine zusätzliche, auf den motorseitigen Befestigungsflansch aufgesetzte Losflanschplatte (siehe unten) verzichtet werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß eine Losflanschplatte auf den motorseitigen Befestigungsflansch auf dessen dem Zylinderkopf abgewandter Seite aufgesetzt ist. Dadurch wird eine gleichmäßigere Verteilung des Anpreßdrucks auf den gesamten Befestigungsflansch und damit auf die Dichtung gewährleistet. Die Losflanschplatte stellt selbst dann, wenn die Einheit aus Abgassammelwanne und motorseitigem Befestigungsflansch aus einem relativ dünnen Blech hergestellt ist, eine verformungsfreie, dichte Anlage des motorseitigen Befestigungsflansches am Zylinderkopf sicher. Die auf diese Weise mögliche Reduktion der Wandstärke des Blechs führt nicht nur zu einer Verringerung der Herstellkosten und des Gewichts des Abgassammlers und zur günstigen Beeinflussung der Herstellbarkeit; auch wird das Wärmespeichervermögen des Abgassammlers reduziert, was sich positiv auf den Wirkungsgrad einer nachgeschalteten Abgasreinigungsanlage auswirkt.
Die Losflanschplatte kann umlaufend, ungeteilt ausgeführt sein. Zur einfacheren Montage kann sie jedoch in vorteilhafter Weise auch geteilt ausgeführt sein. Die Materialstärke derartiger Losflanschplatten beträgt 5 mm bis 10 mm, vorzugsweise 8 mm, wobei einfache Baustähle verwendet werden können. Durch die Verwendung einer Losflanschplatte ist im Einbauzustand bei Temperatureinwirkung ein kontrolliertes Teilegleiten möglich, was Spannungen im Material vermeidet.
Bei einer Weiterbildung des Abgassammlers weist die Abgassammelwanne eine Wandstärke von 1,8 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise 2 mm auf. Hierdurch wird eine leichte Konstruktion mit ausreichender Festigkeit geschaffen. Die Abgassammelwanne kann dabei aus einem herkömmlichen einlagigen Blech hergestellt sein. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich jedoch dadurch aus, daß die Abgassammelwanne - und entsprechend der angeformte motorseitige Befestigungsflansch - aus einem Mehrlagenblech besteht. Dieses kann insbesondere als Sandwichblech aufgebaut sein, welches zwei Lagen Blech und dazwischen ein Lage Faserflies oder dgl. aufweist.
Des weiteren sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor, daß die Abgassammelwanne einen im wesentlichen konstanten Querschnitt über die Längserstreckung aufweist. Dies bewirkt, daß die Wandstärke des Blechteils nach dem Tiefziehen über die gesamte Längserstreckung der Abgassammelwanne im wesentlichen gleich ist.
Insbesondere aus Gründen der Strömungsmechanik kann jedoch auch vorgesehen sein, daß sich der Querschnitt der Abgassammelwanne in Richtung auf den Auslaß zunehmend erweitert.
Schließlich sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, daß der Auslaßstutzen in Richtung der Längserstreckung der Abgassammelwanne an einem Ende derselben angeordnet ist. Hierdurch wird den Abgasströmen innerhalb der Wanne eine definierte Strömungsrichtung gegeben.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß bei einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung (AGR) der Abgasrückführungskanal vom Abgassammler umschlossen ist.
Ein Verfahren zur Herstellung des vorbeschriebenen Abgassammlers besteht aus dem (mechanischen oder hydromechanischen) Tiefziehen eines ursprünglich ebenen Bleches, wodurch eine Wanne mit daran angeformten umlaufendem Befestigungsflansch und einem Rohransatz (Stutzen) gebildet wird, dem Ausstanzen oder Zuschneiden der Flanschkontur und Öffnen des Rohransatzes sowie dem Anschweißen eines Auslaßrohrflansches an den geöffneten Rohransatz des Abgassammlers. Dabei kann das Tiefziehen auch aus mehreren Tiefziehschritten bestehen. Bei einem der Tiefziehschritte erfolgt das Ausbilden einer Dichtkante im motorseitigen Befestigungsflansch. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens kann während des Umformens das Bilden eines Bordbereiches an diesem Flansch vorsehen. Als geeignetes Schweißverfahren bietet sich das MAG-Schweißen für die verwendeten Edelstähle an. Die ggfs. vorgesehenen Durchgangslöcher für die Flanschverschraubungen können gebohrt oder ausgestanzt sein. Durch diese überraschend einfachen und mit geringem Aufwand verbundenen Fertigungsschritte wird eine kostengünstige Herstellung möglich. Außerdem lassen sich - insbesondere bei Anwendung eines hydromechanischen Tiefziehverfahrens - leicht Anpassungen an verschiedene Motortypen einer Baureihe vornehmen.
Ein weiteres vorteilhaftes Herstellungsverfahren für Abgassammler weist einen oder mehrere Umformschritte zum Ausbilden eines wannenförmigen Gebildes mit einstückig daran anschließendem motorseitigem Befestigungsflansch und einseitig angeordnetem Rohransatz auf. Danach folgt ein Stanz- oder Schneidvorgang, bei dem die Außenkontur des Dichtflansches sowie ggfs. die Löcher für die Flanschverschraubung und den Rohransatz ausgestanzt werden. Eine umlaufende bzw. geteilte Losflanschplatte wird dann aus vorzugsweise 5 mm bis 10 mm starkem einfachen Baustahl gefertigt, wobei die Außenkontur und die Position der Durchgangslöcher mit denen des Dichtflansches übereinstimmen. Nach gegebenenfalls erforderlichem Entgraten und Reinigen erfolgt das Auflegen der Losflanschplatte auf den Befestigungsflansch und das Anschweißen eines ebenfalls tiefgezogenen Auslaßflanschrohres.
Dadurch, daß kein Schweißen am motorseitigen Flansch erfolgt, tritt bei den beschriebenen Verfahren in diesem Bereich kein Schweißverzug auf, und die für eine ohne weiteres dichtende Verbindungen mit dem Zylinderkopf erforderliche Genauigkeit wird ohne weitere Nachbearbeitung erreicht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1
eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgassammlers;
Fig. 2
eine auslaßflanschseitige Ansicht des Abgassammlers aus Fig. 1;
Fig. 3
einen Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 2;
Fig. 4
ein vergrößertes Detail IV aus Fig. 3; und
Fig. 5
einen Schnitt durch den Abgassammler nach Fig.1 im eingebauten Zustand.
Fig. 1 zeigt einen Abgassammler mit einer Abgassammelwanne 1, einem daran einstückig angeformten umlaufenden motorseitigen Befestigungsflansch 2 und einem Auslaßflansch 3, der über einen Flanschstutzen 15 mit einem an der Abgassammelwanne 1 angeformten Rohransatz 4 durch eine Schweißnaht 6 verbunden ist. Der motorseitige Befestigungsflansch 2 weist in seinem Umfangsbereich einen umlaufenden aufgestellten Bordbereich 5 auf, der die Festigkeit desselben erhöht. Der Befestigungsflansch 2 ist dabei als Dichtflansch mit umlaufender Dichtkante (vgl. Fig. 4) ausgeführt, was die Verwendung einer zusätzlichen Dichtung erübrigt. Auf den Befestigungsflansch 2 ist eine Losflanschplatte 9 aufgesetzt. Bei der Montage wird die einteilige, geschlossene Losflanschplatte 9 vor dem Anschweißen des Auslaßflansch 3 auf Befestigungsflansch 2 aufgelegt. Die Längserstreckung des Abgassammlers ist um ein Vielfaches größer als dessen Breite und Tiefe, was der Gestaltung des Abgassammlers für Reihen- und V-Motoren entspricht. Bei letzteren kommen allerdings zwei Abgassammler mit spiegelverkehrt angeordneten Auslaßflanschen zur Anwendung.
Fig. 2 zeigt den Abgassammler gem. Fig. 1 aus Richtung des Auslaßflansches 3, der einen dreieckförmigen Grundriß mit drei Durchgangslöchern 7 für Befestigungsschrauben aufweist. Des weiteren ist der motorseitige Befestigungsflansch 2 dargestellt, dessen Außenkontur jeweils an den Positionen der Durchgangslöcher 8 für die Flanschverschraubung Vorsprünge aufweist. Am Außenrand des Befestigungsflansches 2 ist der Bordbereich 5 dargestellt, der dem Befestigungsflansch zusätzlich Steifigkeit verleiht.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 2 durch den Abgassammler. Dabei ist neben der Abgassammelwanne 1 mit dem motorseitigen Befestigungsflansch 2, dessen Bordbereich 5 sowie der Schweißnaht 6 und dem Auslaßflansch 3 die auf den motorseitigen Befestigungsflansch 2 aufgelegte Losflanschplatte 9 dargestellt. In der Schnittdarstellung ist auch ein die Losflanschplatte 9 und den Befestigungsflansch 2 fluchtend durchsetzendes Durchgangsloch 8 für eine Flanschschraube erkennbar. Der Auslaßflansch 3 mit dem Flanschstutzen 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus dem gleichen Material wie die Abgassammelwanne 1 hergestellt, wobei die Wandstärke des Abgassammlers 1 um einige zehntel Millimeter geringer sein kann. Breite B und Tiefe T der Abgassammelwanne 1 besitzen etwa die gleiche Größenordnung.
Fig. 4 zeigt Detail IV aus Fig. 3, wobei die Dichtkante 10 dargestellt ist, die um einen Abstand t, der in etwa 0,5 mm beträgt, über die Flanschebene des motorseitigen Befestigungsflansches 2 hervorsteht. Dieser Vorsprung erfüllt eine Dichtfunktion, wodurch auf eine zusätzliche Dichtung zwischen motorseitigem Befestigungsflansch 2 und Motorblock verzichtet werden kann.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Abgassammler und die Losflanschplatte 9 in montiertem Zustand an einen Zylinderkopf 11 mit dem Einlaßventil 12 und dem Auslaßventil 13. Dabei wird die Wirkungsweise der Dichtkante 10 deutlich, die auf dem Flansch des Zylinderkopfes dichtend aufliegt. Auf diese Weise wird ein Abblasen der heißen Abgase aus dem Auslaßkanal 14 vermieden. Der Abgassammler weist im Vergleich zum Stand der Technik einen Querschnitt mit geringer Tiefe auf, wodurch der Rohransatz mit dem Auslaßflansch 3 strömungsgünstig diagonal und nicht wie beim Stand der Technik senkrecht zum Auslaßkanal 14 angebracht wird. Bei der Montage muß der Abgassammler lediglich mit den Gewindebohrungen im Auslaßflansch des Zylinderkopfs 11 in Deckung gebracht werden. Dann wird die auf dem motorseitigen Befestigungsflansch 2 aufgelegte Losflanschplatte mit vorgegebenem Drehmoment verschraubt. Anschließend wird das nicht dargestellte Abgasrohr mit dem Auslaßflansch 3 verbunden.

Claims (14)

  1. Abgassammler für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgassammelwanne (1), einem motorseitigen Befestigungsflansch (2), der mehrere Zylinderauslässe umschließt, und einem einen Auslaßflansch (3) umfassenden Auslaßstutzen (15),
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abgassammelwanne (1) und der motorseitige Befestigungsflansch (2) ein integrales Blechteil bilden, wobei der motorseitige Befestigungsflansch (2) einstückig mit der Abgassammelwanne (1) ausgebildet und an deren Rand durch Umformen des Blechs hergestellt ist und wobei zur dichtenden Anlage des motorseitigen Befestigungsflansches (2) an dem Zylinderkopf eine Dichtkante (10) in den motorseitigen Befestigungsflansch (2) angeformt ist.
  2. Abgassammler nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der motorseitige Befestigungsflansch (2) einen umlaufenden aufgestellten Bordbereich (5) aufweist.
  3. Abgassammler nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine umlaufende Losflanschplatte (9) auf den motorseitigen Befestigungsflansch (2) auf dessen dem Zylinderkopf abgewandten Seite aufgesetzt ist.
  4. Abgassammler nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine geteilte Losflanschplatte auf den motorseitigen Befestigungsflansch (2) auf dessen dem Zylinderkopf abgewandten Seite aufgesetzt ist.
  5. Abgassammler nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Losflanschplatte (9) 5 mm bis 10 mm, vorzugsweise 8 mm Wandstärke aufweist.
  6. Abgassammler nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abgassammelwanne (1) eine Wandstärke von 1,8 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise 2 mm aufweist.
  7. Abgassammler nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abgassammelwanne (1) aus einem Mehrlagenblech, beispielsweise einem Sandwich-Blech aus zwei Lagen Blech und einer dazwischen angeordneten Flies-Lage besteht.
  8. Abgassammler nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abgassammelwanne (1) einen im wesentlichen konstanten Querschnitt über ihre Längserstreckung aufweist.
  9. Abgassammler nach einem Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abgassammelwanne (1) einen sich in Richtung auf den Auslaß erweiternden Querschnitt aufweist.
  10. Abgassammler nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßflansch (3) in Richtung der Längserstreckung des Abgassammlers (1) an einem Ende angeordnet ist.
  11. Abgassammler nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung (=AGR) der AGR-Kanal von der Abgassammelwanne (1) umschlossen ist.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Abgassammlers, bestehend aus folgenden Schritten:
    Tiefziehen eines ursprünglich ebenen Blechs, wodurch eine Wanne mit daran angeformtem umlaufendem motorseitigen Befestigungsflansch mit daran angeformter Dichtkante und einem Rohransatz gebildet wird;
    Ausstanzen oder Zuschneiden der Flanschkontur und Öffnen des Rohransatzes;
    Anschweißen eines Auslaßrohrflansches an den geöffneten Rohransatz der Abgassammelwanne.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Abgassammlers nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß beim Verfahrensschritt des Tiefziehens zusätzlich ein umlaufender aufgestellter Bordbereich am motorseitigen Befestigungsflansch gebildet wird.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Abgassammlers, bestehend aus folgenden Schritten:
    Tiefziehen eines ebenen Blechs, wodurch eine Wanne mit umlaufendem motorseitigen Befestigungsflansch mit daran angeformter Dichtkante und einem Rohransatz gebildet wird;
    Ausstanzen oder Zuschneiden der Flanschkontur und Öffnen des Rohransatzes;
    Herstellung einer umlaufenden oder geteilten Losflanschplatte;
    Auflegen der Losflanschplatte auf den Befestigungsflansch auf dessen dem Zylinderkopf abgewandten Seite;
    Anschweißen eines Auslaßrohrflansches an den Rohransatz des Abgassammlers.
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